플라스틱 재활용 순환 흐름도 (열분해 vs 해중합 비교)

서론: 재활용 패러다임의 변화

현재 플라스틱 열분해 시장은 상업화 초기 단계로 시장 규모는 물리적 재활용 시장 대비 협소하나 최근 글로벌 주요 기업의 참여가 확대되면서 시장의 고성장을 기대하고 있다. PwC(PricewaterhouseCoopers)는 2020년부터 2030년까지 물리적 재활용은 연평균 2.1%씩 성장하는 반면 열분해유를 포함한 화학적 재활용 시장은 16~17%씩 성장할 것으로 전망했다.

플라스틱 재활용 기술이 물리적 재활용의 한계를 뛰어넘어 화학적 재활용으로 진화하고 있다. 이는 단순한 기술 발전을 넘어 순환경제 구축의 핵심 요소로 자리잡고 있으며, 글로벌 화학기업들이 미래 성장 동력으로 주목하는 분야가 되었다.

화학적 재활용 기술의 핵심 메커니즘

1. 주요 기술 분류

화학적 재활용에는 해중합, 가스화, 열분해가 있다. 해중합은 플라스틱을 그 원재료인 단위체로 바꾸는 과정을 의미한다. 가스화는 폐플라스틱을 가스화하여 화학 제품의 출발 원료인 수소와 CO를 주성분으로 하는 가스를 제조하는 것을 의미한다. 열분해는 폐플라스틱을 무산소 상태에서 고온으로 가열하여 분자를 절단함으로써 연료유를 생산하는 것을 의미한다.

해중합 공정 개념도 (PET → BHET 분해 → 정제 → 중합)

해중합 기술: 폐플라스틱을 화학 처리해 원료 상태로 분해한 뒤 이를 다시 플라스틱 제품으로 만드는 해중합 기술 덕분이다. 플라스틱은 원료(모노머)가 화학적 응을 일으켜 폴리머 형태가 되는 중합 반응을 거치는데, 해중합은 중합의 역반응을 줘서 폴리머를 다시 원료로 돌리는 기술이다.

열분해 기술: 열분해유(pyrolysis 기술)'란 수거된 폐비닐, 폐플라스틱을 고온에 분해하여 액체상태로 회수한 오일을 말합니다. 폐플라스틱을 순수한 원료 상태로 만들기 때문에 이를 통해 재생산된 플라스틱의 품질이나 기능에 영향을 주지 않습니다.

가스화 기술: 가스화 기술의 장단점을 Table 1에 제시하였다. 합성가스를 통해 전기, 수소 등 다양한 파생제품 생산이 가능하지만 생산물이 연료나 에너지로 활용되므로 재생원료의 생산이 가능한 다른 화학적 재활용 방법과 차이가 있다.

2. 물리적 재활용 대비 장점

음식 찌꺼기가 묻거나 색깔이 있는 페트병도 '무한 재활용'할 수 있다. 폐플라스틱을 분자 단위로 분해해 만들기 때문에 석유를 기반으로 한 최초의 플라스틱과 동일한 물성과 품질을 구현할 수 있다.

화학적 재활용의 핵심 장점은 재활용 품질과 횟수의 제약을 극복한다는 점이다. 물리적 재활용으로 만든 제품은 이를 재활용하는 것은 현실적으로 어렵다. PET병을 소재로 티셔츠를 만들었다 하더라도 버려진 티셔츠는 대부분 소각되거나 매립되는 것이 일반적이다. 하지만 버려진 플라스틱을 다시 원료로 돌리는 해중합 방식을 이용하면 몇 번이든 물성과 품질을 유지한 채 다시 재활용을 할 수 있다.

글로벌 시장 전망과 성장 동력

시장 규모와 성장률

글로벌 재활용 플라스틱 시장 규모는 2024년에 5,600억 달러로 추정되며 2033년까지 1,171억 달러로 확장되어 9.01%의 CAGR로 증가했습니다. 글로벌 플라스틱 재활용 시장 규모, 점유율 및 예측 특히 화학적 재활용 부문은 더욱 높은 성장률을 보이고 있다.

화학적 재활용이 기계적 재활용보다 더 빨리 성장하는 이유는 무엇일까? 화학 기술은 기계 시스템으로는 처리할 수 없는 오염되고 다층 플라스틱을 처리할 수 있어, 이 부문은 8.61년까지 2030%의 CAGR을 기록할 것으로 예상된다.

기술 혁신 동향

공급 원료로 취한 플라스틱으로부터 일류 재료를 생성하는 효율적인 수단을 갖는 것이 중요하다는 점을 고려할 때 고급 재활용 기술 이론적으로 시장에서 가장 중요한 트렌드를 채택하는 것은 화학적 재활용 및 AI 기반 분류 시스템으로 이루어졌다. 화학적 재활용은 플라스틱을 기본 화학 빌딩 블록으로 분해하여 식품 등급 포장과 같은 광범위한 응용 분야에서 재사용할 수 있는 고품질 재활용 재료를 생산한다.

국내 기업들의 상업화 현황

SK케미칼: 순환 재활용의 선도

SK케미칼은 '순환 재활용'이란 개념을 처음 제시했다. 플라스틱을 재활용해 다시 플라스틱 소재로 만드는 재활용 플라스틱 사업이다. 그중에서도 SK케미칼은 해중합 기술을 기반으로 한 화학적 재활용 기술을 선보였다.

맥킨지 보고서에 따르면 현재 60조 원 규모의 재활용 플라스틱 시장은 연평균 7.4%의 성장세를 이어가 2050년에는 600조 원 규모로 10배 성장할 것으로 예상된다. SK케미칼 관계자는 "국제 플라스틱 협약이 만들어질 2024년 하반기부터는 재활용 플라스틱의 수요가 폭증할 것으로 예상한다"며 "본격적으로 수익성 커질 것으로 전망되며 플라스틱 재활용 기술 개발에 사활을 걸고 있다"고 설명했다.

롯데케미칼: 화학적 재활용 양산 시작

롯데케미칼이 플라스틱 자원선순환 기술로 주목받는 화학적 재활용 페트(C-rPET, Chemical Recycled PET)의 시생산에 나섰다고 23일 밝혔다. 롯데케미칼은 올해 8월 자체 기술로 울산2공장의 PET 공장 개조를 완료하고 C-rPET 시생산을 성공적으로 개시했다.

롯데케미칼은 2021년 물리적 재활용 제품(r-ABS, r-PC) 생산을 시작으로, 2025년 화학적 재활용 제품인 r-PET 생산, 2025년까지 열분해 납사 상업 생산을 계획하고 있다. 이를 통해 2030년에는 재활용 플라스틱 제품 100만 톤 이상을 판매한다는 계획이다.

LG화학: 시스템 구축과 인력 확보

LG화학은 재활용 시장을 위한 시스템 구축에 한창이다. 최근 ESG 컨퍼런스를 연 LG화학은 친환경 사업으로의 전환을 위해 폐플라스틱 재활용을 적극 추진 중이다. 우선 기술을 보유한 인력 확보에 한창이다. LG그룹 공식 채용홈페이지 LG커리어스에 따르면 LG화학은 지난 5일부터 C-PCR(화학적 재활용) 개발을 담당할 경력사원 모집 채용을 시작했다.

상업화 가속화 요인

1. 정책적 지원과 규제 강화

「석유 및 석유대체연료 사업법」에 의하면 열분해유는, 최근까지도 석유 제품 원료로 인정되지 않아 산업용 연료로만 사용이 가능했습니다. 하지만 지난 2021년 규제 샌드박스 제도를 통해 열분해유를 석유화학 공정의 원료로 사용할 수 있는 기술개발 및 상용화 환경이 조성되면서 화학적 재활용에 필요한 기반이 마련되고 있습니다.

2025년을 목표로 회원국 영토 내에서 시판하는 모든 PET병을 평균으로 계산해 재활용 원료 함량이 25% 이상이어야 하며, 2030년 목표는 30% 이상 함유해야 한다.

2. 경제성 개선

일반 PET 원료는 ㎏당 1달러 안팎이지만 화학적 재활용을 통해 만든 제품은 ㎏당 2달러를 훌쩍 넘는다. 친환경 규제에 민감한 글로벌 화장품회사 등의 러브콜이 잇따르고 있다.

3. 공급 부족 전망

석유화학 업계에 따르면 2025년 전 세계 재활용 플라스틱 수요는 약 9600만톤으로 예상되나 재활용 플라스틱 공급량은 2700만톤에 불과해 향후 공급부족은 더 큰 폭으로 확대될 것으로 전망하고 있다.

기술적 과제와 해결 방안

1. 효율성 향상

열분해 기술은 해중합 기술로 처리하기에 적합하지 않던 PE와 PP 같은 제품의 재활용이 가능하다. 일회용품과 포장재의 주 원료가 되는 PE와 PP는 고분자 사슬이 모두 안정한 탄소-탄소 결합으로 이루어져 있기 때문에 해중합으로 처리하기 위해서는 많은 에너지를 투입해야 한다.

2. 원료확보와 품질리

올해 8월 폐기물처리업체 ㈜지이테크놀러지와 MOU 체결 및 C-rPET용 플레이크 연 4만톤 공급 합의 같이 안정적인 원료 공급망 구축이 중요한 과제로 부상하고 있다.

전망 및 결론

그 대부분이 2025년부터 2030년경 사업화를 목표로 내걸고 있다 폐플라스틱 재활용산업 현황과 시사점는 일본의 동향에서 보듯이, 화학적 재활용 기술의 상업화는 이제 본격적인 단계에 접어들었다.

따라서 기후변화에 대응하기 위해서는 선형경제에서 자원절약 및 재활용을 통한 지속가능성을 추구하는 순환경제로의 전환이 필수다. 순환경제를 통해 자원 추출, 배출 및 폐기물과 관련된 환경 압력을 줄이고, 자원과 에너지 사용을 최소화해야한다.

폐플라스틱 화학적 재활용 기술의 상업화는 단순한 기술 발전을 넘어 글로벌 순환경제 전환의 핵심 동력으로 자리잡고 있다. 국내 화학기업들의 적극적인 투자와 기술 개발, 정부의 정책 지원, 그리고 글로벌 환경 규제 강화가 맞물리면서 향후 5-10년이 화학적 재활용 산업의 황금기가 될 것으로 전망된다. 특히 기존 물리적 재활용의 한계를 극복하고 '무한 재활용'을 가능하게 하는 이 기술은 플라스틱 순환경제 구축의 게임 체인저가 될 것으로 기대된다.